铅芯延期体式雷管延期精度影响因素研究

马志钢，刘媛媛，马 勇，王 瑾，林怀荣，朱晓艳

（1. 安徽理工大学，安徽 淮南，232001；2. 安徽雷鸣舜泰化工有限公司，安徽 淮南，232001）

自20世纪70年代以来，我国雷管生产厂逐渐淘汰了在大内管里直接装压延期药的结构，而改用铅芯延期体，因为铅芯拉拔工艺简单、铅芯内延期药密度高且均匀，其在燃烧时具有较为一致的压力和温度环境，所以延期药燃烧线速度稳定、延期精度高。目前，与同样采用铅芯延期体的国外先进技术相比，我国雷管延期精度较差。按照我国国家标准规定的毫秒第1系列中，1～5段误差在25%～15%，而国外先进技术可达 2%[1]，差距明显。本文通过分析铅芯延期体式雷管延期精度的影响因素，提出了改进方法。

1 铅芯延期精度影响因素分析

影响铅芯延期体式雷管延期精度的因素很多，大致有以下几点[2]：

（1）铅芯上端面的气室大小。药头或导爆管点火端距铅芯距离远近决定气室大小。按照延期药燃烧理论[3]，气室短，靠近铅芯点火端的延期药燃烧压力大，燃烧速度快；气室长，燃烧压力小，燃烧速度慢。

（2）点火方式。现在雷管常见点火方式有药头式和导爆管式。导爆管药量小，且燃烧气体会沿着导爆管孔流失，点火压力小。而药头药量大，气室密闭性好，所以点火能力强。有必要研究对比这两种点火方式对延期秒量和精度影响的差别程度。

（3）卡中腰。为降低成本，不再将铅芯压入大内管，而直接将铅芯压入雷管壳，为了固定铅芯，在雷管壳铅芯部位卡印。卡印使铅芯变细，所卡部位药芯受压，药芯直径变小，密度增高。由于不同雷管之间卡印深度不均匀，对药芯的影响程度也就不同，因此，有必要研究卡中腰对延期秒量和精度的影响。

2 实验

2.1 实验方法及实验装置

本研究将点火药头和导爆管与铅芯装配在雷管壳内，通过调整药头底部距铅芯上端面距离，和插导爆管的橡胶塞底面距铅芯上端面距离，来调节气室大小。点火药头用发爆器引燃，导爆管用电极引爆。高速摄影仪以1 000帧/s的速度拍摄铅芯喷火情况，药头或导爆管点燃至铅芯开始喷火之间的时间为铅芯延期时间。实验时，先测量每发铅芯的长度，再用平头圆棍将铅芯装配在管壳内，因为雷管管壳输入端直径略大于输出端直径，而铅芯直径又与雷管壳内中部直径相近，所以装配到一定位置后，铅芯可以在雷管壳中被固定。此后，在铅芯位置卡中腰，也可以不卡。导爆管引燃铅芯的实验装置见图1。

图1 导爆管引燃铅芯实验装置示意图Fig.1 The experimental apparatus of cup-type lead igniting delay element

从高速摄影仪所拍照片上，可以看见导爆管爆炸时发出的光亮，此时为起爆时刻。铅芯刚开始喷火的时刻为延期结束时刻。这段时间可以通过此间的照片张数计算，从而得到铅芯延期时间。

当用药头点燃铅芯时，在药头脚线上并联一个电极，将此电极插入导爆管，接通发爆器时，引火药头和导爆管将同时被点燃，以导爆管的闪光为点燃铅芯的时刻，实验装置见图2。

图2 点火药头引燃铅芯实验装置示意图Fig.2 The experimental apparatus of match head igniting lead delay element

2.2 实验结果

实验数据分布及回归直线见图3～9，统计结果见图侧，其中n为实验次数；L为铅芯长度；t为延期时间；r为铅芯长度与延期秒量之间的相关系数。

2.2.1 药头式点火实验结果

药头式点火实验结果见图 3～4，延期体为三芯 4段毫秒铅芯延期体，卡中腰。

2.2.2 导爆管式点火实验结果

导爆管式点火实验结果见图5～9，图5～7中延期体为三芯4段铅芯，图8～9中延期体为三芯3段铅芯。

图3 药头距铅芯端面2mm的实验及其数据统计结果Fig.3 Experimental results and data statistics for 2mm distance from match head to end of lead delay element condition

图4 药头距铅芯端面7mm的实验及数据统计结果Fig.4 Experimental results and data statistics for 7mm distance from match head to end of lead delay element condition

图5 橡胶塞端面距铅芯表面2～3mm、卡中腰的实验及其数据统计结果Fig.5 Experimental results and data statistics for 2～3mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

图6 橡胶塞端面距铅芯表面2～3mm、不卡中腰的实验及其数据统计结果Fig.6 Experimental results and data statistics for 2～3mm distance from rubber plug to end of lead delay element and no middle package chucking condition

图7 橡胶塞端面距铅芯7mm、不卡中腰的实验及其数据统计结果Fig.7 Experimental results and data statistics for 7mm distance from rubber plug to end of lead delay element and no middle package chucking condition

图8 橡胶塞端面距铅芯表面7mm、卡中腰的实验及其数据统计结果Fig.8 Experimental results and data statistics for 7mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

图9 橡胶塞端面距铅芯12mm、卡中腰的实验及其数据统计结果Fig.9 Experimental results and data statistics for 12mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

铅芯长度与延期秒量之间的相关性通过相关系数大小判断，相关系数r通过式（1）计算[4]：

式（1）中：r小于等于0.3为不相关，在0.3～0.5之间为弱相关，在0.5～0.8之间为显著相关，在0.8～1.0之间为高度相关。

3 结果分析

3.1 气室大小对延期秒量长短的影响

3.1.1 药头式

对比图3～4，两者都是药头式、卡中腰、4段铅芯，前者药头距铅芯距离为2mm，后者为7mm。前者t平均=65ms，s1=4.47，n1=7；后者t平均=68.9ms，s2=2.80，n2=14。α=0.01，df=19，t12=2.466，t0.01=2.86，t12

3.1.2 导爆管式

对比图8～9，两者都是导爆管式、卡中腰、3段铅芯。前者导爆管橡胶塞端面距铅芯为 7mm，后者为12mm。前者t平均=40.3ms，s6=4.32，n6=21；后者t平均=41.2ms，s7=5.80，n7=21。s67=5.112，t67=0.577，α=0.01，df=40，t0.01=2.70，t67

对比图6～7，都是导爆管式、不卡中腰、4段铅芯。前者导爆管橡胶塞端面距铅芯距离为2～3mm，后者为7mm。前者t平均=73.6ms，s4=2.31，n4=20；后者t平均=72.8ms，s5=2.59，n5=20。延期秒量长短几乎相同。s42=5.336 1，s52=6.708 1，s452=6.030，s45=2.456，t45=1.030，α=0.01，df=38，t0.01=2.71，t45

以上对比表明，同样点火方式下，当气室在较小范围内变化时，铅芯延期秒量长短无明显变化。

3.2 气室大小对延期秒量精度的影响

对比图3～4可见，同是药头式、卡中腰、4段铅芯，前者药头距铅芯2mm，后者7mm。前者t平均=65ms，d1=12ms，s1=4.47；后者t平均=68.9ms，d2=9ms，s2=2.80。前者的极差和标准离差明显大于后者，这表明对药头式而言，气室小秒量精度差。

对比图6～7可见，都是不卡中腰、导爆管式、4段铅芯，前者橡胶塞距铅芯2～3mm，后者7mm。前者t平均=73.6ms，d4=8ms，s4=2.31；后者t平均=72.8ms，d5=9ms，s5=2.59。两者不仅延期时间长短没有显著差别，极差和标准离差也相差不大。这表明对导爆管式毫秒延期雷管而言，当气室在2～7mm之间变化时，延期秒量精度没有明显变化。

对比图8～9可见，均是导爆管式、卡中腰、3段铅芯，前者橡胶塞距铅芯 7mm，后者 12mm。前者t平均=40.3ms，d6=17ms，s6=4.32；后者t平均=41.2ms，d7=19ms，s7=5.80。两者的平均延期时间、极差和标准离差相差不大。所以，对于气室燃烧压力较小的导爆管式而言，当气室长度在7mm以上时，气室的压力本已很小，气室容积发生较小变化时，不会对铅芯延期精度造成明显影响。因此，对于药头式，当气室在2～7mm之间变化时，延期精度会随着气室变小而变差。对于导爆管式，当气室在2～7mm和7～12 mm之间变化时，延期精度无明显变化。

3.3 点火方式对延期秒量长短的影响

对比图3和图5可见，都是4段铅芯，气室长度均为2mm左右，前者为药头式，后者为导爆管式。前者t平均=65ms，d1=12ms，n1=7，s1=4.47；后者t平均=88.4ms，d3=22ms，n3=20，s3=4.85。s132=22.673，s13=4.762，t13=11.213，查t分布表，α=0.01、df=25时，t0.01=2.79，t13>t0.01，两者秒量长短存在显著性差异，即药头式秒量明显短于导爆管式。这可能是因为导爆管单位长度装药量只有14mg/m，而药头质量30mg，再加上导爆管在引爆后，喷口处高压气体产物会从导爆管内孔向外排出，压力迅速下降；而药头在燃烧时，因为药量大，燃烧产物难以迅速排放，燃烧压力高，所以能较长时间维持气室处的燃烧压力。压力高，则铅芯内的延期药燃烧迅速，压力低则延期药燃烧速度变慢，所以药头式延期秒量短，导爆管式延期秒量长。

3.4 卡中腰对延期秒量长短的影响

图5～6均为导爆管式、4段铅芯，气室长度均为2～3mm，前者卡中腰，后者不卡中腰。前者t平均=88.4ms，d3=22ms，n3=20，s3=4.85；后者t平均=73.6ms，d4=8ms，n4=20，s4=2.31；s32=23.522 5，s42=5.336 1，s342=14.429 3，s34=3.799，t34=12.403，α=0.01，df=38，t0.01=2.71，t34>t0.01，所以两者延期秒量差别显著，即卡中腰会使延期秒量变长。这是因为，卡中腰会使铅芯的药芯变细，加大此处延期药密度，使燃烧气体难以前窜，加热未燃延期药更慢，所以燃烧速度变慢，铅芯延期时间长。

3.5 铅芯切长误差对秒量长短的影响

分析图3～9可见，当铅芯长度在8～9mm、长度极差在0.40～0.96mm之内变化时，延期秒量与铅芯长度之间有5组无相关性，两组呈弱相关。即在大多数情况下，在铅芯不长、切长变化不大时，延期时间并不随铅芯长度增加而延长。这表明当铅芯长度变化不大时，影响铅芯延期时间的主要因素不是铅芯长度，而是别的一些因素。这些因素可能是延期药的粒度一致性、延期药混合均匀性或延期药密度一致性等。这些因素可能与原材料加工、铅芯拉拔工艺和拉拔过程控制有关。

4 结论

（1）在同样点火方式下，当气室在较小范围内变化时，铅芯延期秒量不会发生无明显变化；（2）对于药头式点火，当气室在2～7mm之间变化时，延期精度会随着气室变小而变低。对于导爆管式点火，当气室在2～7mm和7～12mm之间变化时，延期精度无明显变化；（3）药头点火时，铅芯延期秒量明显短于导爆管点火的延期秒量；（4）卡中腰会明显延长铅芯延期时间；（5）在目前工厂铅芯切长误差水平下，切长精度不是导致铅芯延期精度差的主要原因。

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